وزارت نیرو, پژوهشگاه نیرو, یادداشت الگوی مصرف انرژی الکتریکی در ساختمان های اداری, وهاب مکاری زاده
طراحی سایت
شنبه 11 تیر 1401

الگوی مصرف انرژی الکتریکی در ساختمان‌های اداری و راه‌کارهای متداول صرفه‌جوئی انرژی

وهاب مکاری‌زاده، پژوهشگر، گروه مدیریت انرژی، پژوهشگاه نیرو و عضو هیئت مدیره انجمن علمی مدیریت مصرف انرژی ایران، vmokarizadeh@nri.ac.irامید ادیبی، استادیار، گروه مدیریت انرژی، پژوهشگاه نیرو، oadibi@nri.ac.irنویسنده مسئول : وهاب مکاری زاده

الگوی مصرف انرژی الکتریکی در ساختمان‌های اداری و راه‌کارهای متداول صرفه‌جوئی انرژی
22 خرداد 1401 10:00
مقدمه
ساختمان‌ها با مصرف حدود 48 درصدی از مصرف برق نهائی کشور از مهم‌ترین بخش‌های مصرف‌کننده انرژی الکتریکی محسوب می‌شوند. ساختمان‌های با اشتراک برق عمومی با سهم 4.8 درصدی از کل مشترکین برق در حدود 8.5 درصد از کل مصرف نهائی برق را مصرف می‌کنند. این در حالی‌ است که مشترکین خانگی با سهم 80 درصدی از کل مشترکین، 32.3 درصد از کل مصرف انرژی الکتریکی کشور را به خود اختصاص داده‌اند. در حقیقت، مقایسه نسبت سهم مصرف به سهم مشترک به نوعی نشان‌دهنده مصرف بسیار بالاتر مشترکین اداری (عمومی) بوده و لذا به مراتب اولویت بالاتری نسبت به ساختمان‌های مسکونی جهت اقدامات مدیریت مصرف انرژی دارند. هم‌چنین، هم‌زمانی مصرف برق آن‌ها با پیک تقاضای برق شبکه سراسری به دلیل بازه زمانی فعالیت آن‌ها (از ساعت 8 الی 16)، اهمیت مدیریت مصرف انرژی در آن‌ها را دو چندان می‌نماید.
ساختمان‌های با کاربری اداری مشتمل بر ادارات دولتی، دانشگاه‌ها، شرکت‌ها، نهادهای عمومی و ... می‌باشند که در بیشتر موارد ساکنان (کارکنان) آن پرداخت کننده هزینه‌های انرژی نبوده و لذا حتی در صورت افزایش تعرفه‌های برق، انگیزه چندانی برای مدیریت مصرف انرژی از خود نشان نخواهند داد. از طرف دیگر، عمده این ساختمان‌ها دارای متراژ بالا و دارای سامانه‌های مرکزی/موضعی سرمایشی تراکمی بوده که مصرف برق بسیار بیشتری نسبت به سامانه سرمایشی تبخیری متداول در ساختمان‌های مسکونی در اقلیم‌های غیرگرم و مرطوب دارند. هم‌چنین دارای ماشین‌های اداری متعدد و سیستم روشنایی وسیعی بوده که در طول زمان کاری روزانه معمولاً به طور مداوم در مدار می‌باشند.
اصولا راهکارهای مدیریت مصرف انرژی در ساختمانها با توجه به ممیزیهای بعمل آمده تعیین می گردند، اما در بیشتر موارد راه‌کارهای متعارفی برای صرفه‌جوئی مصرف انرژی موجود می باشند. بطور کلی در این ساختمان‌ها هدرروی انرژی به سه دلیل عمده رخ می‌دهد: الف) طراحی نادرست سیستم‌های سرمایشی و روشنایی و یا بکارگیری تجهیزات پر مصرف، ب) نگهداری نامناسب ساختمان و تأسیسات مربوطه (تعمیر و نگهداری نامناسب)، و ج) الگوهای بهره‌برداری و رفتاری ناصحیح (تنظیم نامناسب دمای اتاق‌ها، نرخ بالای خروج هوای گرم یا سرد شده از ساختمان به دلیل باز بودن پنجره‌ها، شدت روشنایی بیش از نیاز، خاموش نکردن چراغ‌ها یا کولرها در زمان ترک اتاق و ...).
به جرأت می‌توان گفت که اولین قدم در بحث مدیریت مصرف، تعیین الگوی مصرف حاضر ساختمان می‌باشد تا اولاً بتوان آن را با شاخصهای مصرف انرژی بهینه مقایسه و بتوان در خصوص مناسب یا نامناسب بودن مصرف انرژی آن قضاوت و احیاناً مقادیر هدرروی انرژی را برآورد نمود. ثانیاً می‌توان شاخص مصرف انرژی ‌بدست آمده را بطور سالیانه پایش و اثرات اقدامات مدیریت مصرف را بطورکمی ملاحظه و بهبود داد. در این یادداشت علمی، یک مطالعه موردی در خصوص مطالعات الگوی مصرف انرژی در یک ساختمان نمونه اداری، تراز انرژی مربوطه و راهکارهای متداول کاهش مصرف انرژی با تأکید بر انرژی الکتریکی ارائه گردیده است که امیدوار است مورد استفاده قرار گرفته و موجب ارتقاء دانش عمومی علاقمندان و فعالین بحث مدیریت مصرف انرژی در ساختمانها گردد.
1. مشخصات ساختمان مورد مطالعه
ساختمان‌ مورد بررسی، یک ساختمان با کاربری اداری واقع در اقلیم نیمه خشک (بر اساس استاندارد ملی 14254) بوده و نحوه بهره‌برداری از آن مشابه با سایر ساختمان‌های اداری کشور می‌باشد. در این مجموعه، ساعات کاری روزانه 8 ساعت و 5 روز در طی هفته می‌باشد. سیستم سرمایش و گرمایش مجموعه به صورت مرکزی بوده و به ترتیب توسط چیلرهای تراکمی و بویلرهای آب‌ گرم تأمین می‌شود. در ادامه به منظور رعایت اختصار، فقط بخشی از نتایج این مطالعه ارائه می‌گردد.
2. الگوی بار و انرژی الکتریکی مصرفی
به عنوان اولین شاخص، سهم حداکثر بار مصرفی الکتریکی به دیماند قراردادی و سهم انرژی الکتریکی مصرفی به کل مصرف در سال به تفکیک فصول به ترتیب در نمودارهای میله ای آبی و قرمز رنگ در شکل 1 (راست) ارائه شده است. مطابق انتظار، بیشترین بار الکتریکی مصرفی در تابستان رخ داده و در حدود 86 % دیماند قراردادی را مصرف نموده است. نتایج انرژی الکتریکی مصرفی نیز نشان می‌دهد که انرژی الکتریکی مصرفی در فصل تابستان 38 % از کل انرژی مصرفی در سال را به خود اختصاص داده (حدود 2 برابر سایر فصول) است. بار و انرژی الکتریکی مصرفی بیشتر در فصل تابستان، بطور ساده در ارتباط با فعالیت سامانه‌های سرمایشی در این فصل می‌باشد.
شاخص مصرف انرژی الکتریکی کل در این ساختمان اداری برابر با kWh/m2/hr 61.4 بوده است و شاخص مصرف انرژی الکتریکی به تفکیک مؤلفه های مصرف در ادامه ارائه می گردد.
برای تعیین رده مصرف انرژی ساختمان، لازمست تا شاخص مصرف انرژی اولیه در این ساختمان محاسبه گردد که مقدار این شاخص برابر با kWh/m2/hr 421 می باشد. برای محاسبه شاخص انرژی اولیه، ابتدا انرژی الکتریکی مصرفی به فرم گاز طبیعی در ورودی نیروگاه‌ها، محاسبه و سپس با گاز طبیعی مصرفی در ساختمان، جمع شده است. بر اساس این محاسبات و استاندارد ملی شماره 14254، رده مصرف انرژی این ساختمان در شکل 1 (چپ) نشان داده شده است. باید توجه داشت که مطابق با استاندارد مذکور، نرم مصرف کل انرژی در ساختمان‌های غیرمسکونی با رده مصرف انرژی A برابر با kWh/m2/yr 74 می‌باشد [1]. لذا با توجه به شاخص مصرف کل انرژی محاسبه شده، نسبت انرژی مجموعه مورد بررسی برابر با 5.7 بوده که بر این اساس رده مصرف انرژی ساختمان مورد مطالعه F می‌باشد و به معنای مصرف غیر بهینه آن می باشد.شکل (1)
3. تعیین نرم و سهم مؤلفه‌های مصرف انرژی
تراز مصرف برق این ساختمان به تفکیک مؤلفه‌های مصرف سالیانه و فصلی در شکل 2 ارائه شده است. مشاهده می‌شود در بین مؤلفه های مصرف کننده برق، مؤلفه های روشنایی، تجهیزات اداری و سرمایش به ترتیب با اختصاص37 % (kWh/m2/yr 25)، 26 % (kWh/m2/yr 17) و 25 % (kWh/m2/yr 17) بیشترین سهم از کل مصرف برق را در مقیاس سالیانه دارند. پایین‌تر بودن مصرف برق در بخش سیستم سرمایش تنها به دلیل فصلی بودن فعالیت این تجهیزات و برنامه‌های مدیریت بار شرکت‌های توزیع برق می‌باشد. مصرف برق در بخش روشنایی و تجهیزات اداری که در 12 ماه سال مصرف برق دارند، قابل توجه بوده و به دلیل ماهیت فعالیت اداری آن می‌باشد. به منظور بررسی دقیق‌تر، نتایج در نمودارهای ستونی فصلی به طور مشخصتری نشان داده شده است. همان‌طور که از نتایج شکل 2 (پایین) مشاهده می‌شود، در فصل تابستان سهم مصرف برق سامانه‌های سرمایش به 51 % افزایش و سهم مصرف روشنایی به 24 % کاهش یافته است. باید توجه داشت که دمای اتاق‌ها در بازه مورد بررسی به طور میانگین در حدود °C 27-28 بوده است، لذا انرژی مصرفی در سیستم سرمایش این ساختمان‌ها نسبت به زمانی که دمای تنظیم به دماهای پایین‌تر و مطلوب‌تر کاهش یابد، کمتر می‌باشد. در حقیقت، در صورتی که تجهیزات سرمایش با ظرفیت کامل فعالیت داشته باشند و دمای اتاق‌ها به حدود °C 24-25 کاهش یابد، سهم سیستم سرمایش از مقدار کنونی بیشتر خواهد بود و بنابراین مؤلفه سرمایشی در ماههای گرم سال بسیار تعیین کننده در مصرف کلی مشترک اداری می باشد. شکل (2)
4. پیشنهاد فرصت‌های صرفه‌جوئی انرژی در ساختمان
با توجه به تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده، راه‌کارهای صرفه‌جوئی مصرف انرژی احصاء گردید که از بین آن‌ها، 7 راه‌کار متعارف که در بیشتر موارد مطرح می‌باشند، در جدول 1 ارائه شده است. این راه‌کارها شامل راه‌کارهایی با هزینه سرمایه‌گذاری اولیه ناچیز، کم، متوسط و زیاد می‌باشند. در این جدول میزان کاهش بار و انرژی الکتریکی مصرفی در صورت بکارگیری هر یک از راه‌کارهای پیشنهادی در دو ستون انتهایی جدول گزارش شده است. در کنار موارد ذکر شده در این جدول می‌توان به راه‌کارهایی همچون، تعمیر سیستم لوله‌کشی ساختمان، عایق‌کاری کانال‌های انتقال هوای خنک، استفاده از ظرفیت سرمایش شبانه رایگان (Night Ventilation) در اقلیم‌های سرد و معتدل اشاره نمود.
در پایان باید توجه داشت که تعیین سیاست‌های تشویقی مناسب، تدوین دستورالعمل‌های مناسب مدیریت مصرف در ساختمان‌های اداری و پایش و بازخورد آنها به منظور بهبود سیاستها می‌تواند تقاضا برای مطالعات و فعالیتهای بهبود بهره وری انرژی را افزایش و موجب کاهش قابل ملاحظه تقاضای بار و انرژی الکتریکی مصرفی در ساختمانهای اداری گردد. جدول (1)

5. مراجع و منابع
[1]. استاندارد ملی ایران، شماره 14254، "ساختمان‌های غیر مسکونی-تعیین معیار مصرف انرژی و دستورالعمل برچسب انرژی، سازمان ملی استاندارد ایران."، 1390.
[2]. ادیبی، ا.، مکاری‌زاده، و.، "ممیزی انرژی یک ساختمان اداری نمونه و ارائه دستورالعمل‌ها و بسته‌های سرمایه‌گذاری."، پژوهشگاه نیرو، 1400.
[3]. Ruparathna, R., Hewage, K., & Sadiq, R., “Improving the energy efficiency of the existing building stock: A critical review of commercial and institutional buildings.”, Renewable and sustainable energy reviews, 2016, 53, 1032-1045.



نظرات ارسال شده

هم اکنون هیچ نظری ارسال نشده است. شما می توانید اولین نظردهنده باشد.

ارسال نظر جدید

تنها کاربران ثبت نام کرده مجاز به ارسال نظر می باشند.